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    預裂爆破技術在紫金山金銅礦的應用研究

    2019-09-12 08:17:32夏鶴平
    中國金屬通報 2019年8期
    關鍵詞:大值裂孔炮孔

    夏鶴平

    (福建省新華都工程有限責任公司,福建 上杭 364200)

    隨著露天采坑的不斷擴大,當靠幫爆破作業(yè)時,露采現(xiàn)有的逐孔起爆方式有減震的作用,但是其減震爆破措施仍然不能完全滿足安全生產(chǎn)及保護臺階免受直接破壞的要求。因此,如何保護最終境界臺階坡面的穩(wěn)定成為一個不可忽視的問題。

    預裂爆破是預先沿開挖邊界的設計輪廓線布置較密集的炮孔,采取不耦合裝藥或裝填低威力炸藥,在主爆區(qū)之前起爆,從而在開挖區(qū)與保留區(qū)之間預先形成一條預裂縫,使主爆區(qū)爆破時應力波傳到預裂縫時,部分被反射掉,以減弱主爆區(qū)爆破時對保留巖體的破壞并形成平整的輪廓面。成功的預裂爆破面不僅平整美觀,超欠挖量少,而且具有良好的減震作用。正是由于預裂爆破具有此特性,故在爆破工程中得到了廣泛應用。因此,紫金山金銅礦露采最終邊坡亦采用預裂爆破的方式進行處理。

    1 預裂爆破設計

    1.1 預裂孔爆破參數(shù)

    (1)炮孔直徑。紫金山金銅礦露采場可用于預裂爆破穿孔設備有阿特拉斯D55一體式鉆機、CM351鉆機、KQG-150潛孔鉆機,三種鉆機的炮孔直徑分別為140mm、140mm、165mm。阿特拉斯D55鉆機穿孔效率高、角度控制精度高、適應范圍大,CM351鉆機穿孔效率較低、角度控制精度低,KQG-150潛孔鉆機則體積較大難以用于并段時的穿孔,因此預裂孔穿孔一般采用D55鉆機。

    (2)炮孔間距。炮孔間距一般是孔徑的8倍~12倍,巖體完整取大值,巖體破碎取小值[1],主要參照瑞典蘭格弗爾斯給出的公式確定:

    a=(8~ 12)d

    式中:a為炮孔間距;d為炮孔直徑,其取值范圍140mm~165mm,對硬巖或完整性好的巖石取大值150mm,對軟巖或結構破碎的巖石,取小值120mm~130mm。

    (3)鉆孔深度。炮孔深度根據(jù)臺階高度及設計坡比加超深確定,露采臺階高度為12m,超深取0.5m,最終邊坡坡面傾角一般為70°,西南部平臺坡面傾角為60°。則孔深為:

    L=H / sina+h=12/ sin70° +0.5=13.30m,(60° 時 取14.35m)

    式中:L為孔深,m;H為臺階高度,m;h為超深,m。

    一般而言,鉆機所穿出的巖粉堆積于孔口周邊,在簽證驗收時特意加高20cm~35cm,所以簽證時孔深要求在13.5m,預裂孔傾角為60°時,孔深一般在14.7m。

    (4)裝藥結構。裝藥結構的基本思路,應考慮不僅要確保預裂縫按要求連續(xù)貫通,預裂縫的寬度也應到要求,還要在保證孔壁完整,避免炮孔壁受到破壞的基礎上,最大限度提高邊坡面半孔率,并且滿足邊坡平整度和穩(wěn)定性要求。在不耦合裝藥結構中,首先炮孔底部必須連續(xù)裝藥,而炮孔中-上部采用間隔裝藥,使用最合理的布設,能最大程度均勻分配藥卷和炸藥的能量,再次,根據(jù)藥卷設計直徑、數(shù)量及間距,在藥卷上牽引一根導爆索,一起附著在給定的竹片上,這樣一個藥串便形成了,最后將藥串置于孔內(nèi),竹片緊貼邊坡一側的孔壁,炮孔均采用導爆索串接小藥卷炸藥,孔外用雷管一次起爆[2]。

    (5)平均線裝藥量。鑒于預裂爆破最重要的要求是預裂縫必須貫通,且不能破壞保留巖體,所以裝藥量不適合使用偏大,選擇適宜的裝藥密度,可以有效控制爆破能量對巖體的破壞形成一定數(shù)量的貫通裂縫,貫通裂縫形成好壞與減震效果相關,從而影響邊坡穩(wěn)定性??紤]巖性及孔網(wǎng)參數(shù)的經(jīng)驗公式:

    式中:k為巖石強度系數(shù)(堅硬巖石系數(shù)取1.0~1.2,較堅硬巖石系數(shù)取0.6~1.0,較破碎巖石系數(shù)取0.4~0.6),堅硬巖石取大值,軟巖取小值,大部分區(qū)域巖石為較堅硬中等強度,因此系數(shù)取k=0.8;d為鉆孔直徑,取0.14m~0.165m;a為預裂孔距,取130cm。將參數(shù)代人,則有q=0.96-1.13kg/m。

    在以上計算的基礎上,經(jīng)爆破實驗并考慮布藥方便,將預裂孔平均線裝藥量確定為:q=1.0kg/m,根據(jù)不同的巖性可以提高或降低。為了使預裂縫完整貫通,需要在預裂孔孔底加大藥量,才能達到較好的減震效果。預裂孔裝藥長度為12m,紫金山邊坡預裂炮孔較深,底部夾制力較大,所以將孔底1.5m范圍內(nèi)的線裝藥量增大1.6倍,即:q=1.6kg/m。同樣,為避免預裂爆破形成爆破漏斗,減小預裂孔處圍巖破壞,孔口堵塞段以下1.5m段,線裝藥量減小三分之二,即:q=0.4kg/m(炸藥采用32mm巖石乳化炸藥,一節(jié)長度為20cm,重量為0.2kg。實際施工用膠布捆綁在竹片上,一般每節(jié)間隔約2cm,見圖1)。

    圖1 預裂孔裝藥結構示意圖

    (6)不偶合系數(shù)。在長期的工程實踐中,一般預裂炮孔直徑d處于60mm~200mm區(qū)間時,不偶合系數(shù)適宜使用的公式為:

    m=d/dy

    式中:d為預裂孔直徑,dy為預裂孔裝藥直徑,采用32mm卷狀巖石乳化炸藥,直徑32mm。不偶合系數(shù)一般超過2~4為宜,所以其不偶合系數(shù)m=(140,165)/(32*1.33)=3.29~3.88。

    (7)堵塞。完成裝藥后進行孔口堵塞,就地取材將少量巖粉裝入銨油炸藥散裝包裝袋,隨后立即卷為一團塞入孔中,置于炸藥最上面,表面接觸,之后使用少量輕微濕潤,顆粒均勻但偏小的粘土,逐段夯實??偠氯L度為1.0m。

    1.2 緩沖孔爆破參數(shù)

    (1)孔排距。一般采用三角形布孔,緩沖孔間距為a1,一般根據(jù)經(jīng)驗,緩沖孔距是預裂孔孔距a的2倍~3倍,經(jīng)實際試驗一般在3.5m~4.5m,對硬巖或完整性好的巖石取小值3.5m,對軟巖或結構破碎的巖石取大值4.5m。緩沖孔與預裂孔排距b1為2.5m~3.0m,對硬巖或完整性好的巖石取小值2.5m,對軟巖或結構破碎的巖石,取大值3.0m。在西南緩沖孔與主炮孔的排距b2為4m。

    (2)裝藥結構。緩沖孔一般采用中間1.5m間隔裝藥,間隔材料采用巖粉。在巖性較好區(qū)域緩沖孔上部裝37.5kg(1.5包)銨油炸藥,下部裝50kg(2包)。在巖性較差區(qū)域上部裝25kg(1包)銨油炸藥,下部裝50kg(2包),見圖2。

    圖2 預裂爆破裝藥圖

    1.3 起爆網(wǎng)絡

    起爆網(wǎng)絡采用導爆索起爆網(wǎng)絡。導爆管各預裂孔以一根主導爆索串聯(lián)起來,將兩發(fā)非電毫秒導爆管雷管,綁扎在主導爆索上,從而實現(xiàn)毫秒間隔起爆。邊坡預裂孔應先于其他炮孔200毫秒以上起爆.以便首先形成連續(xù)貫通的預裂縫,以阻隔后續(xù)爆破時對邊坡的擾動破壞。當預裂爆破規(guī)模較大時,可采用分段毫秒微差爆破,以減輕預裂爆破過程中對保留巖體帶來的影響,通常在每段之間連接兩發(fā)兩段非電毫秒導爆雷管起爆。甚至有時為了更好地對預裂進行施工,是先爆破預裂孔,過一天或幾天再進行緩沖孔與主爆孔的爆破,見圖3。

    圖3 預裂爆破起爆網(wǎng)絡圖

    2 爆破效果

    最終邊坡預裂爆破至2010年9月開始于露采應用,至今共處理邊坡面積80205.59m2,具體數(shù)據(jù)如下表1所示。

    表1 露采預裂平臺面積統(tǒng)計

    爆破出渣后,經(jīng)過現(xiàn)場察看,邊坡堅硬圍巖上的殘留半孔率達80%~90%,邊坡面平整(如采場北部、中南部);在比較風化或破碎的巖層段上殘留半孔率也能達到30%~40%,且邊坡面比較平整,沒有發(fā)現(xiàn)明顯的坑洼現(xiàn)象(如采場西南部、南部),如圖4所示。通過邊坡預裂爆破技術的實施,明顯地提高了邊坡的穩(wěn)定,確保了采場下部生產(chǎn)的安全。

    圖4 采場北部和西南部預裂面整體效果圖

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